CN108222627B - 圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置 - Google Patents

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    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开一种圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置，包括一组或多组前、后吹气滞点、导气管、吹气设备，吹气设备与导气管连接，导气管分别与前、后吹气滞点连接，在圆柱结构的内部设置导气管，在迎风面和背风面分别对称布置一组或多组前、后吹气滞点，每组前、后吹气滞点位于同一截面，前、后吹气滞点的吹气方向与来流方向平行；来流作用于前滞点吹出的气流形成的气动外形上；后滞点吹出的气流能够打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡。本发明结构简单，能够打破尾流中交替产生的漩涡,阻止尾流漩涡形成，同时改变圆柱形表面的流场,在一定程度上减小了圆柱形结构的表面的气动力，能够很好地减小圆柱形结构的风致振动。

Description

圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置
技术领域
本发明涉及结构风致振动控制技术，具体说就是一种圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置。
背景技术
圆柱形结构在当今的社会应用非常广泛，如电厂，冶金厂和东北供暖排气的烟囱截面多为圆形。特别是在大跨度桥梁中的斜拉索或者是悬索桥的吊索都是为圆柱形。这些结果的展向长度都是比较长的，因此其结构也随之变得更柔，阻尼变得更小，对风荷载更加敏感，其风和风效应也将更为复杂。尤其是大跨度桥梁的斜拉索风效应是目前大跨度桥梁最突出的动力效应之一，如何减小风荷载以及风荷载导致的风效应，是目前研究设计人员最为关心的一个问题。由于圆形截面为钝体结构，在处于自然环境中很容易在风流过时产生流动分离，分离的剪切层很不稳定，会卷起漩涡，在圆形结构上下表面卷起的漩涡交替脱落，当漩涡脱落的频率与结构某一阶阵型的频率相同或者相接近时就会导致共振现象。这就是众所周知的涡激振动。虽然涡激振动现象是一种限幅振动，但是由于其经常在低风速下就可能发生，容易对结果产生疲劳破坏。因此我们需要控制其振动的发生，目前主要是通过机械阻尼的措施和气动措施来降低桥梁的风效应。机械阻尼的措施是通过改变结构本身的一些固有特性从而使其与风荷载的动力效应达不到一种耦合振动的状态,如：质量阻尼器，此方法最大的缺陷在于阻尼器的控制效果随时间久远控制效果变差。气动措施是通过在结构上安装一些构件或者通过注入气流来改变结构周围的流场，使其周围的流场更加趋于稳定。如：行波壁，缺点在高耸，细长结构的应用性不强等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置，降低圆形截面的结构的风致振动；此装置应用到圆柱形的建筑物、构筑物或者是大跨度桥梁中的斜拉索构件。
本发明所采用的技术如下：一种圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置，包括一组或多组前、后吹气滞点、导气管、吹气设备，吹气设备与导气管连接，导气管分别与前、后吹气滞点连接，在圆柱结构的内部设置导气管，在迎风面和背风面分别对称布置一组或多组前、后吹气滞点，每组前、后吹气滞点位于同一截面，前、后吹气滞点的吹气方向与来流方向平行；来流作用于前滞点吹出的气流形成的气动外形上；后滞点吹出的气流能够打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡。
本发明使得来流不易直接在圆柱形表面产生流动分离，可以打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡，从而极大地减小了圆形结构表面的脉动压力，大幅度降低圆柱表面的升力。由于尾流无法形成交替脱落的旋涡也在一定程度上减小了尾流中能量的耗散，使得圆柱表面的阻力也得到了一定程度的降低。本发明结构简单，减振原理清晰，能够很好地减小圆柱形结构的风致振动。
附图说明
图1圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置示意图；
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1
结合图1，一种圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置，包括 2组或前吹气滞点2、后吹气滞点3、导气管4、吹气设备5，吹气设备5与导气管4连接，导气管4分别与前吹气滞点2、后吹气滞点3连接，在圆柱结构 1的内部设置导气管4，在迎风面和背风面分别对称布置2组前吹气滞点2、后吹气滞点3，每组前吹气滞点2、后吹气滞点3位于同一截面，前吹气滞点2、后吹气滞点3的吹气方向与来流方向平行；来流作用于前滞点吹出的气流形成的气动外形上；后滞点吹出的气流能够打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡。
对于那些容易产生风致振动的圆柱形结构，安装本实施例的控制装置；前滞点吹出的气流可以在圆柱形结构前端形成的一个气动外形，此气动外形的存在使得钝体结构更加接近于流线型，使得来流不易直接在圆柱形表面产生流动分离。而后滞点吹气管吹出的气流可以打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡，从而极大地减小了圆形结构表面的脉动压力，大幅度降低圆柱表面的升力。由于尾流无法形成交替脱落的旋涡也在一定程度上减小了尾流中能量的耗散，使得圆柱表面的阻力也得到了一定程度的降低。
减振工作流程如下：
(1)由前滞点吹气管吹出的气流形成了一个尖的气动外形。使得结构呈现流线型的特征。
(2)后滞点吹气管吹出的气流可以打破尾流中的旋涡，改变了圆柱形表面的流场,可减小圆柱形结构所受气动力。
本发明与圆柱形结构风致振动的主动吸气流动控制装置的控制机理由本质的区别是：吸气控制装置中以来流风方向为0°，在圆柱形结构的外壁上90°与270°的位置开有吸气孔，其主要控制的是分流点处的分离流。通过降低分离流而使得结构所受的横风向脉动力和阻力降低。而本发明通过前滞点吹气形成近流线型的气动外形，而后滞点吹气可以打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡，来使得结构所受到的横风向脉动力和阻力减小。

Claims (1)

1.一种圆柱形结构的减振防护主动吹气控制装置，包括一组或多组前、后吹气滞点、导气管(4)、吹气设备(5)，吹气设备(5)与导气管(4)连接，导气管(4)分别与前、后吹气滞点连接，其特征在于：在圆柱结构(1)的内部设置导气管(4)，在迎风面和背风面分别对称布置一组或多组前、后吹气滞点，每组前、后吹气滞点位于同一截面，前、后吹气滞点的吹气方向与来流方向平行，由前滞点吹气管吹出的气流形成了一个尖的气动外形，使得圆柱结构呈现流线型的特征；来流作用于前滞点吹出的气流形成的气动外形上；后滞点吹出的气流能够打破尾流中的旋涡，阻止尾流形成交替脱落的旋涡。
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